Experimental evaluation of friction in texturized bodies aiming for tribological optimization in hydroelectric power plants bearings

Regarding the problem of energy and material consumption in hydroelectric plant bearings, the hypothesis was raised to investigate methods of manufacturing topographic patterns on cylindrical surfaces using electrochemical machining. In addition to the search for an ideal methodology, this present work questioned the advantages of using textures with simple geometry, formed by circular pockets, and composed of circles and ellipses. The investigation took place considering the three lubrication regimes in conformal contacts: boundary, mixed and hydrodynamic. The system efficiency was evaluated in terms of friction coefficient for ABNT 1045 steel samples submitted to block-on-ring wear tests. The friction coefficient data pointed to reductions in the order of 52% for simple textures and 31% for composite textures, considering the borderline lubrication regime compared to non-textured samples. For the hydrodynamic regime, samples with composite textures showed reductions of 9% in the friction coefficient, while simple textures showed decreases of up to 36% considering the boundary lubrication regime compared to unmachined samples. The samples without topographical change, operating in the mixed lubrication regime, presented values of friction coefficient 74% higher, compared to samples with composite textures and up to 85% higher for samples with single geometry texture. The set of information shown by this work, corroborated by similar wear mechanisms between the samples and the cases in the field, infers potential application of the deterministic texturing technique in bearings used in power generation systems.Dissertação (Mestrado)Sobre a problemática do consumo em energia e material nas trocas de mancais de usinas hidrelétricas, foi levantada a hipótese de investigar métodos de fabricação de padrões topográficos em superfícies cilíndricas usando usinagem eletroquímica. Além da busca de uma metodologia ideal, o presente trabalho questionou sobre as vantagens do uso de texturas com geometria simples, formada por bolsos circulares, e composta, de círculos e elipses. A investigação ocorreu considerando os três regimes de lubrificação em contatos conformes: limítrofe, misto e hidrodinâmico. A eficiência do sistema foi avaliada em termos de coeficiente de atrito para amostras de aço ABNT 1045 submetidas aos ensaios tipo bloco-sobre-anel. Os dados de coeficiente de atrito apontaram para reduções na ordem de 52% para texturas simples e 31% para texturas compostas, considerando o regime limítrofe de lubrificação em comparação com amostras não texturizadas. Para o regime hidrodinâmico, as amostras com texturas compostas apresentaram reduções de 9% no coeficiente de atrito, enquanto as texturas simples apresentaram decréscimos de até 36% considerando o regime limítrofe de lubrificação em comparação com amostras não usinadas. As amostras sem alteração topográfica, operando no regime de lubrificação misto, apresentaram valores de coeficiente de atrito 74% maiores, em comparação com amostras com texturas compostas e de até 85% superiores para amostras com textura de geometria única. O conjunto de informações mostrado por este trabalho, corroborados por mecanismos de desgaste semelhantes entre as amostras e os casos em campo, inferem potencial aplicação da técnica de texturização determinística em mancais utilizados em sistemas de geração de energia